細胞シミュレーション統合プラットフォーム（RICS）— チュートリアル —201３年７月

理化学研究所改訂情報
VerNo.

修正内容

日付

1.00

初版

2012/3/29

1.01

共通操作部・追記・修正

2012/5/01

1.02

誤植修正

2012/7/30

2
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目
1.
2.

3.

次

はじめに .................................................................................................................................................................. 5
共通事項 .................................................................................................................................................................. 6
2.1.1. RICS システムの概要 .................................................................................................................... 6
2.1.2.

データについて（SVX、SPH、SVV） ............................................................................ 7

2.1.3.

作業フローとデータフロー......................................................................................................... 8

2.1.1.

使用・作成データ ............................................................................................................................ 9

2.1.2.

RICS-pre、V-Xgen の画面、View 操作 ..................................................................... 10

2.1.3.

各モデルのソルバの使用機能、コンパイルオプション .......................................... 10

単一細胞モデル ................................................................................................................................................ 11
3.1.
作業フロー..................................................................................................................... 11
3.2.
計算モデル..................................................................................................................... 123.3.
形状データ作成 ........................................................................................................... 15
3.3.1. 各 OBJ ファイルの配置、SVX 化、修正（V-Xgen、V-Xpp） .................... 15
3.3.2.

外部領域用 SVX の作成（V-Xgen） .............................................................................. 25

3.3.3.

ボリューム演算（RICS-pre RICS merge）............................................................... 27

3.3.4.

開口率設定 SVX の作成（RICS-pre Export SPH､Import SPH） ............. 32

3.3.5.

位置指定ファイルの作成（RICS-pre VolumeMaker、VOI 抽出） ............. 34

3.3.6.

ワープ出入口の Voxel Index の情報出力（RICS-pre VOI 情報表示） ...... 42

3.3.7.

Probe 位置の情報取得（V-Xpp） ................................................................................... 46

3.3.8.

形状データのコピー（Setting 部でのデータ設定準備） ...................................... 50

3.4.
解析条件設定................................................................................................................ 50
3.4.1. EML の登録（メインメニュー：File­EML Setting）......................................... 50
3.4.2.

モデル規模、シミュレーション条件の設定（Domain Info タブ） ................ 51

3.4.3.

媒質・物質指定（Cell & Molecular タブ）................................................................. 51

3.4.4.

入出力ファイル指定（In & Out タブ） .......................................................................... 54

3.4.5.

並列化条件の設定（Parallel Computing タブ） ..................................................... 57

3.4.6.

ファイル出力パラメータの設定（Output Parameter タブ） ......................... 57

3.4.7.

各機能の実行制御パラメータの設定（SimSetting タブ） .................................. 58

3.4.8.

膜輸送機能の設定（Membrane タブ） ......................................................................... 60

3.4.9.

膜反応の設定（Membrane Reaction タブ） ............................................................ 62

3.4.10. ワープの設定 .................................................................................................................................. 63
4.

3.5.
解析の実行..................................................................................................................... 65
肝細胞モデル ..................................................................................................................................................... 69
4.1.
作業フロー..................................................................................................................... 69
4.2.
形状データ作成 ........................................................................................................... 70
4.2.1. 楕円球の作成（VolumeMaker） ...................................................................................... 70
4.2.2.

体積率の修正（V-Xpp の起動） ........................................................................................ 73
3
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4.2.3.

体積率の修正（核部分を作成） ........................................................................................... 74

4.2.4.

細胞質部分を作成 ........................................................................................................................ 78

4.2.5.

血管部分を作成 ............................................................................................................................. 80

4.2.6.

SVX 作成直後 ............................................................................................................................... 81

4.2.7.

開口率の設定（SPH ファイルの出力） .......................................................................... 81

4.2.8.

開口率の設定（SVX データの作成）............................................................................... 83

4.2.9.

細胞のコピー .................................................................................................................................. 84

4.3.
解析条件設定................................................................................................................ 86
4.3.1. モデル規模、シミュレーション条件の設定（Domain Info タブ） ................ 86
4.3.2.

媒質・物質指定（Cell & Molecular タブ）................................................................. 87

4.3.3.

入出力ファイル指定（In & Out タブ） .......................................................................... 88

4.3.4.

並列化条件の設定（Parallel Computing タブ） ..................................................... 89

4.3.5.

ファイル出力パラメータの設定（Output Parameter タブ） ......................... 90

4.3.6.

各機能の実行制御パラメータの設定（SimSetting タブ） .................................. 90

4.3.7.

膜輸送機能の設定（Membrane タブ） ......................................................................... 91

4.3.8.

解析条件ファイルの保存 ......................................................................................................... 91

4.3.9.

移流の設定....................................................................................................................................... 92

4.3.10. 境界条件の設定 ............................................................................................................................. 92
4.4.
解析の実行..................................................................................................................... 94
5. 神経細胞モデル ................................................................................................................................................ 96
5.1.
作業フロー..................................................................................................................... 96
5.2.
形状データ作成 ........................................................................................................... 97
5.2.1. 媒質データ、膜面積データの作成（CalcMembareaVcat） ............................ 97
5.3.
解析条件設定................................................................................................................ 99
5.3.1. モデル規模、シミュレーション条件の設定（Domain Info タブ） ................ 99
5.3.2.

媒質・物質指定（Cell & Molecular タブ）.............................................................. 100

5.3.3.

入出力ファイル指定（In & Out タブ） ....................................................................... 100

5.3.4.

並列化条件の設定（Parallel Computing タブ） .................................................. 101

5.3.5.

ファイル出力パラメータの設定（Output Parameter タブ） ...................... 101

5.3.6.

膜電位の設定（Membrane Potential タブ） ......................................................... 101

5.3.7.

解析条件ファイルの保存 ...................................................................................................... 104

5.3.8.

膜電位物質の設定 ..................................................................................................................... 104

5.3.9.

膜面積ファイルの設定 ........................................................................................................... 105

5.4.

解析の実行.................................................................................................................. 107

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1. はじめに本書は、細胞シミュレーション統合プラットフォーム（以下、RICS）において、プリシ
ステムを用いてソルバシステムの入力データを作成から解析を実行するまでの操作を記述したチュートリアルです。
本書では RICS プリシステム、RICS ソルバシステムの他、V-Xgen、V-Xpp 等の VCAD
システム研究プログラムで開発されたシステムを使用しています。チュートリアルに必要な操作は本チュートリアルで説明しています。更に詳細な情報が必要な場合は各システムで提供しているマニュアルをご覧ください。
本書は以下のモデルを作成するためのチュートリアルです。
 単一細胞モデル
 肝細胞モデル
 神経細胞モデル
使用システム
V-Xgen 3.0.1
V-Xpp 3.0.1
RICS-pre-pt 2.2.0
RICS-Solver 5.3.0

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2. 共通事項
ここでは、モデル作成を行う上で必要な基本的な知識として、RICS システムの概要、使用するデータ、モデルの操作方法等、共通する内容を説明します。

2.1. RICS システムの概要
RICS は位置、空間を考慮しながら、細胞内の生化学反応（代謝），物質拡散，膜輸送等の機能を連成してシミュレーションするシステムです。細胞内の様々な現象を再現し、その仕組みを詳細に理解する事を目指しています。
RICS は V-CAD システム研究プログラムの開発システム(V-Xgen、V-Sphere 等)をベースに開発しており、直行格子（ボクセル）上で時間発展のシミュレーションを行うためのプリシステムとソルバシステムがあります。ボクセル毎の代謝シミュレーション、ボクセル間の濃度差による拡散シミュレーション、膜ボクセルにおける媒質（オルガネラ、細胞内外等）の間の物質を移動する膜輸送シミュレーションを連成して計算します（下図参照）。

ボクセルで形状を表現する方法には主に下記の３つがあります。

RICS は近似レベル 2 でボクセル内の体積率・開口率を使用してシミュレーションしています。

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2.2. データについて（SVX、SPH、SVV）
RICS では細胞外、細胞質、オルガネラ（細胞内小器官）形状の入力データとして SVX
データの体積率レコードと開口率レコードを使用し、物質濃度分布の入出力、膜の密度分布等を入力するために SPH データを使用しています。
SVX データ、SPH データは V-CAD システムの標準ファイルフォーマットです。
(1) SVX データ
RICS は形状を表現するために、以下の２つを使用します。
体積率：ある形状（媒質）がボクセルに占める割合（値は 0.0～１.0）
開口率：ある形状（媒質）がボクセル間で連続している割合（値は０.0～１.0）
・形状データと媒質データ(SVX)
下図のように２つの媒質（A、B）の形状を表す場合、RICS はそれぞれについて SVXを作成する必要があります。

元形状に対して、上図の”V:0.5”等の記述が各ボクセルの体積率、ボクセルの境界線に吹き出しで記述してある数字が開口率を表しています。ここでは、媒質 A、B を便宜上色分け表示していますが、元のボクセルの体積に占める割合を体積率として、ボクセル境界の面積に占める「割合」を面積率として持っています。
・RICS の各シミュレーションとレコードの使用方法
各シミュレーションのデータレコードと使用方法の概略を示します。
—代謝シミュレーション
ボクセルの体積と体積率から実際に代謝を行う体積を算出—拡散シミュレーション
開口率（ボクセル間が連続している割合）から実際の物質移動量を算出
1.0 の時：ボクセル間は完全に連続
0.0 の時：ボクセル間は完全に非連続
上記以外：数値の割合だけ連続している（つながっている）
ボクセル間の濃度差から流束を算出、流束と開口率から物質移動量を算出—膜輸送シミュレーション
開口率から膜の位置、方向を算出し、疑似的に膜面積を算出
膜の両側の物質濃度、膜輸送パラメータから流束を算出
流束と膜面積で実際の物質移動量を算出※詳細は RICS ソルバのマニュアルおよび基本設計書を参照下さい。
(2) SPH データ
RICS では物質の濃度分布の入出力、膜密度の分布の入力等に SPH データを使用します。各ボクセルの値が、その場所の濃度や密度を表し、値は実数値です。
注)開口率の算出、膜面積の算出について...
本チュートリアルでは、形状データ（開口率設定 SVX）を作成する方法について単一細胞モデル、幹細胞モデルで紹介しています。RICS プリシステムで SPH から SVX に変換する時、体積率から換算して開口率を算出します。そのため、形状から作成した開口率とは異なります。また、RICS ソルバは入力データの SVX の開口率から膜面積を算出しています。厳密に開口率、体積率、膜面積を指定してシミュレーションを行いたい場合は、膜面積ファイル（SVV ファイル）を使用する方法をご検討下さい。

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2.3. 作業フローとデータフロー(1) 作業フロー
モデル作成から解析を実行するまでの基本的な作業フローは右図の通りです。形状データの作成後、解析条件の設
定・出力を行い、解析を実行します。
解析条件で指定する Probe(物質濃度等の数値出力)の位
置の指定等、形状を参照しながら作成する必要があるパラメータを作成する場合、あらかじめ形状データ作成時に取得しておくと作業をスムーズに行うことができます。

Start
形状データ作成・出力
解析条件の設定・出力
解析実行
End

(2) 形状作成のデータフロー
RICS ソルバの入力データとして形状データ（SVX、SPH）を作成する方法にはいくつかの方法があります。V-Xgen、V-Xpp、RICS プリシステムの各システムを使用した場
合のデータフローを説明します。
○基本フロー
RICS の形状データ(SVX,SPH)を作成する時の基本的なデータフローを示します。
1) RICS-Pre (Volume Maker)
幾何形状データを使用せずに、基本形状の位置と寸法を指定して、体積率の SPH ファイルを出力することができます。作成できる基本形状は角柱、球、円筒、楕円体です。複数の媒質の位置関係を確認しながら複雑な配置のモデルを作成することは難しいですが、単純な形状で代謝モデルや膜輸送機能のパラメータの確認を行う場合に有効な形状作成方法です。
体積率に係数かけて出力する機能(Filter)があります。
膜の密度や物質の濃度分布を指定する時に使用します。
2) V-Xgen
幾何形状(OBJ,STL ファイル)を読み込み、その形状データからボクセルデータ(SVX)を作成することが可能です。複数の幾何形状の位置関係を確認しながら配置してボクセル化(Voxelization)するのに便利です。形状やボクセルの分割幅によっては正確に Voxelization することができない場合があります。その場合、トライ＆エラーでVoxelizaion の最適な Method とパラメータを見つける必要があります。

１) RICS-Pre( Volume Maker )OBJ,STL ファイル
幾何形状データ2) V-Xgen

3) V-Xpp

SVX ファイル
体積率
開口率無

解

4) RICS-Pre

SPH ファイル
体積率0
SVX ファイル
SPH ファイル
体積率
濃度・密度等3) V-Xpp
開口率有
既存の SVX を読み込み、ボクセルを Index や体積率等を指定して選択し、体積率を修正することが可能です。微小な体積率のボクセルを無くす等、Voxelization で作成した SVX の一部を修正するために使用します。
4) RICS-Pre
以下の機能を有しています。
・SPH を読み込んで SVX に変換
・SVX のボリューム演算（和、差、積）・VOI 抽出機能を使って対象ボクセルの選択、SPH 出力・SettingPrimitive 機能による球形状のランダム(寸法、位置)作成

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○画像データからのフロー
画像データから RICS の形状データを作成する時のフローを示します。

1) V-Cat
JPG､BMPファイル
観察画像2) CalcMembareaVcat
VCAT ファイル
領域抽出データ(Segmentaion)

SVX ファイル
体積率
開口率

SVV ファイル
膜面積1) V-Cat
V-Cat を使用して細胞等の観察画像データを参照しながら領域分割(Segmentaion)を行い、VCAT ファイルを作成します。
2) CalcMembareaVcat
CalcMembareaVcat を使用して、VCAT ファイルから SVX ファイル(体積率、開口率有)と SVV ファイル(膜面積ファイル)を作成します。

2.4. 使用・作成データ
各モデルのデータは以下のようなフォルダ構成でデータを用意しています。
tutorial_data/配下
01_1Cell/＋—01_1Cell_1model/
OBJ 等の入力ファイル、中間ファイル＋—01_1Cell_2sim/
実行用ファイル一式
02_hep/＋—02_hep_1model/＋—02_hep_2sim/

VCAT 等の入力ファイル、中間ファイル
実行用ファイル一式

03_Shinkei/＋—03_Shinkei_1model/＋—03_Shinkei_2sim/

VCAT 等の元ファイル、中間ファイル
実行用ファイル一式

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2.5. RICS-pre、V-Xgen の画面、View 操作
V-Xgen と RICS-pre はモデルの回転、拡大、並行移動の View 変更が可能で、その操作は共通です。
・オブジェクトリツリー選択とメニュー表示
オブジェクトツリーで OBJ ファイルの選択の仕方によってデータ操作領域のメニュー表示が切り替わります Windows の Explorer と同じように Ctrl キー、Shift キーを使いながらオブジェクトツリービューのモデルを複数選択することが可能です。
データ操作領域
OBJ 単一選択時

オブジェクツリー

OBJ 複数選択時・ビューの操作
３次元形状の見る方向を回転させたり、拡大・縮小表示、横への移動等の View 操作はマウスと Shift キー、Ctrl キーを組み合わせて表示の変更が可能です。
回転表示：マウス左ドラッグ
拡大・縮小表示 ：Ctrl＋マウス左ドラッグ
並行移動表示：Shift＋マウス左ドラッグ

2.6. 各モデルのソルバの使用機能、コンパイルオプション
ソルバの標準の機能（代謝、拡散、膜輸送）以外を使用する場合、RICS ソルバを構築する時にコンパイルオプションで使用する機能を有効にする必要があります。
各モデルで使用する機能とコンパイルオプションを示します。
 単一細胞モデル
標準機能：代謝・拡散・膜輸送
追加機能：ボクセル間物質移動機能（ワープ）コンパイルオプション： -DENABLE_WARP
 肝細胞モデル
標準機能：拡散・膜輸送
追加機能：移流機能
コンパイルオプション： -DENABLE_ ADVECTION
 神経細胞モデル
標準機能：未使用
追加機能：膜電位機能
コンパイルオプション： -DENABLE_ MEMBRANEPOTENTIAL
project_local_settings の変数、RICSOPT に上記オプションを追記して RICS ソルバ
を構築しなおして下さい。
10
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3. 単一細胞モデル
単一細胞モデルでは、RICS の基本機能である代謝・拡散・膜輸送の３機能の他、Voxel
間物質移動機能（ワープ）を使用しています。RICS-pre はワープに関する設定機能を有していないため、解析条件設定ファイルに追加して記述します。

3.1. 作業フロー
ここでは、CAD で作成、出力したベースとなる OBJ ファイルから SVX データの作成、解析条件の設定を行います。
あらかじめ作成してある、基本形状の OBJ ファイル(球、立方体等)を V-Xgen に読み込
み、変形（拡大や縮小）を行い、空間に配置（移動、回転）します。その後、V-Xgen の
Voxelization 機能で SVX を作成し、体積率を修正後、RICS-pre の RICS merge を使って SVX のボリューム演算を行い、形状データを作成します。
Start
解析条件の設定
OBJ ファイルの配置、SVX 化、修正
V-Xgen、V-Xpp
外部領域用 SVX の作成
V-Xgen
ボリューム演算（細胞の SVX からオルガネラを取り除く）
RICS-pre (RICS merge)
開口率設定 SVX の作成（体積率から算出）
RICS-pre
局在位置指定ファイルの作成
RICS-pre (Volume Maker、VOI 抽出)
ワープ出口、入口の Voxel Index、SPH の出力
RICS-pre (VOI Information、Export SPH)
Probe 位置の情報取得
V-Xpp (Volume Information)
形状データのコピー解析条件の設定
解析の実行
End
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3.2. 計算モデル
今回、配置する形状のイメージ、および物質変化のイメージをしめします。
(1) モデルの寸法・位置
m4

ｍ３

m2
m1

形状イメージ

m3
m2

m4

m1

図．モデル寸法表．モデル寸法（位置）寸法値(Xform 入力値、Voxelization 入力値)
Translation

Scale

X

Y

Z

X

Y

Z

m1

16.0

8.0

6.0

9.0

9.0

9.0 Cube01x01x01.obj

m2

6.0

8.0

9.0

3.0

3.0

3.0 Sphere01x01x01.obj

m3

12.0

8.0

6.0

21.0

13.0

Voxel Size
ｍ4

24

16

OBJ ファイル名

13.0 Cube01x01x01.obj

Voxel Pitch
14

1.0

1.0

原点
1.0

1.0

12
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1.0 1.0

(2) 物質変化のイメージと物質パラメータ

物質変化のイメージ図
・Channel を通して物質 X が m4（外部領域）から m3（細胞）に流入｡
・拡散してきた物質 X が m1 表面の膜近傍で反応(反応領域が局在)で ATP に変化
X⇒ATP の反応式(EML)：A_B_for_1Cell_1Gnoe.eml
・拡散してきた ATP を使って m2 表面の Pump が物質 Y を m2 に取り込む
・m2 内の物質 Y が指定値以上の濃度に達したら外部領域に Warp で放出物質のパラメータ（初期濃度、拡散係数）
物質拡散係数

物
質
初
期
濃
度

2.0e+40.0

2.0e+42.0e+40.0

2.0e+4

物質名(Full ID)

A

E1

B

媒質名＼物質名

X

E1

ATP

ADP

Pi

Y

m1_ball

—

—

—

—

—

—

m2_cube

—

—

—

—

—

0.0

m3_cell

0.0

100.0

0.0

0.0

0.0

1.0e+3

—

—

—

—

0.0

m4_out1000.0※物質名(FullID)は EML の物質名

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(3) 膜輸送機能パラメータ・Channel パラメータ
輸送物質：X
K：0.5 SW：1.0 Fuzzy：1.0
・Pump パラメータ
SW：0.0(初期値。SwCtrl で制御)
VmaxATP：20.0 KmATP：2.0 TRATP：1.0
Den：10.0 Fuzzy：1.0
SWCtrl：JoinMethod：sum
Control function：michaelis
Vmax：1.0 Km：1.0 S：m3_cell:ATP

14
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3.3. 形状データ作成「3.2 計算モデル」の情報にもとづいて、OBJ ファイル（CAD 形状）の配置、配置した OBJ データから解析用の SVX データを作成します。その他に、膜の局在位置指定の SPH
ファイルの作成、解析結果取得のための Probe 位置の取得を行います。

3.3.1. 各 OBJ ファイルの配置、SVX 化、修正（V-Xgen、V-Xpp）(1) ベース形状の読み込み（V-Xgen）
V-Xgen のメニューから基本形状を読み込みます。
メインメニュー：File­Import­Shape(stl/obj) data files ...

ファイルのフィルターを WaveFront OBJ(*.obj:*.wfo) に変更してCube01x01x01.obj を 2 回
Sphere01x01x01.obj を 1 回を読み込みます。

WaveFront Obj(*.obj;*.wfo)

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※obj を読み込み、移動・変形を行った後、Duplicate(コピー)を行うとコピー先の obj の形状データがおかしくなるバグが見つかっています（V-Xgen Version3.0.1）。これを回避するため、同一形状であっても繰り返
し読み込みます。

右図は以下の設定で表示しています。
・背景を白
メニュー:View­Background Color・有効/表示設定□Valid を Off■Show を On・オブジェクトツリーで全オブジェクトを選択

各オブジェクトの名前の変更、Material を設定することで作業しやすくします。

Material List を作成

オブジェクトの名前変更
オブジェクトツリー

オブジェクトにMaterial を設定
オブジェクトの移動・変形(拡大)・オブジェクトの名前の変更
オブジェクトツリーの名前をクリックすると、変更可能になるので任意名を設定します。
※「Material の設定」のショートカットが｢shift + m｣に設定されています。オブジェクトの名前等で大文字のM を直接入力することができないので、注意が必要です。

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・Material List を作成
メインメニュー：Object­Material List
New ボタンで新規 Material を３つ追加してください。

Color の欄をダブルクリックしてカラーパレットで任意色を選択

・オブジェクトに Material を設定
オブジェクトツリーでオブジェクトを選択して Material ボタンを押下します。
Select Material ダイアログで対象の Material を選択します。

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(2) オブジェクトの移動・拡大(Xform)
Xform 入力値
Translation

Scale

X

Y

Z

X

Y

Z

OBJ ファイル名

m1

16.0

8.0

6.0

9.0

9.0

9.0

Sphere01x01x01.obj

m2

6.0

8.0

9.0

3.0

3.0

3.0

Cube01x01x01.obj

m3

12.0

8.0

6.0

21.0

13.0

13.0

Cube01x01x01.obj

以下の状態で表示して確認します。
・背景を白
メニュー:View­Background Color・有効/表示設定
m1 ■Valid を On ■Show を On
m2 ■Valid を On ■Show を On
m2 □Valid を Off ■Show を On
・全オブジェクトを選択[この段階のファイル]
ファイル名：tut01_01_Obj_Xform.xml(V-Xgen 用)
使用データ：
obj\Cube01x01x01.obj、obj\Sphere01x01x01.obj

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(3) SVX の出力(Voxelization)
各オブジェクト毎に Voxelization を行います。
・Voxelization properties ダイアログを起動
メインメニュー：Voxelization­Simple Voxel(SV)...

Setting タブ で Voxelization Method 等を設定します。

Implicit Function を選択

Bbox：外形表示
Grid：分割 Voxel 表示
SV ダイアログのCoordinate Space の寸法調整時の固定位置

SV タブに戻って Voxel 数等を設定します。
・Voxel Pitch を指定●Resolution を選択●Pitch を選択■Uniform チェックボックスを On
X の下の●を選択し、X：1.0 を設定
数値を入力後、Update ボタンを押下し、数
字が黒くなるのを確認します。

19
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・計算領域サイズ(Coordinate Space)を設定●Voxel Size(Coordinate Space) を選択
Policy ●Size and Min.を選択
計算領域を指定
Bbox Min. X： 0.0 Y： 0.0 Z： 0.0
Bbox Size X：24.0 Y：16.0 Z：14.0
数値を入力後、Update ボタンを押下し、数
字が黒くなるのを確認します。
Voxelization を行います。
各オブジェエクト毎に以下の操作を行います。
・Voxelization を行うオブジェクトのみ、■Valid のチェックボックスを On
・Voxeliztaion Properties ダイアログ の SV タブの Voxelize ボタンを押下
任意の出力ファイル名を指定して保存(ここでは以下の通り指定)
m1
m1.svxm2
m2.svxm3
m3.svx・出力するデータ、隠関数のパラメータを設定
Volume Rate のみ出力
隠関数のパラメータを設定
Support size Pitch x ： 0.1
Tolerance Pitch x： 0.05※オブジェクトの形状によって Voxelization Method および、
そのパラメータ値は適切な値が異なります。
オブジェクト毎に、Try & Error で見つける必要があります。

20
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[参考]代謝・拡散・膜輸送の複雑な連成解析作成した SVX には微小な体積率の Voxelが存在する場合があります。これが原因でエラー回避のために体積率を修正する必要があります。また、RICS merge で SVX をボリューム演算して媒質データを作成します。これらの作業により、RICS merge で作成した SVX の開口率と、V-Xgenで作成した SVX の開口率の不整合が発生する可能性があります。これを回避するた
め、RICS-pre システムを使用して、開口率を再計算することを推奨します。
[この段階のファイル]
ファイル名：tut01_02_Voxelize.xml(V-Xgen 用)
使用データ：
obj\Cube01x01x01.obj、obj\Sphere01x01x01.obj
m1.svx、m2.svx、m3.svx、m4.svx

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(4) 体積率の修正（V-Xpp）
代謝・拡散・膜輸送が連成する複雑な連成計算を行う場合、解が発散する場合があります。その原因の一つとして、体積率が小さいボクセルが計算空間に存在することが挙げられます。その回避策として微小な体積率を修正する方法を示します。ここでは、V-Xpp を使用して、体積率が 0.2 以下になる Voxel が存在しないようにするため、体積率が 0.2 以下の Voxel に 0.0 を設定し、0.8 以上の Voxel に 1.0 を設定します。
V-Xpp を起動修正する SVX を選択後、Edit(V-Xpp)ボタンを押下します。
表示される Volume Data Type ダイアログで、Volume Rate のみを選択し、V-Xpp を起動します。

VOI Selection ダイアログを起動します。
メインメニュー： VOI
Select VOI...
Set Volume Rate...

目的の Voxel を選択表示
選択表示している Voxel に対して体積率を設定

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VOI Selection ダイアログ で微小な体積率の原因となる Voxel を選択し、値を設定します。
・指定値以下の体積率を表示
Mode ●Replace■Volume Rate のチェックボックスを On
値を設定 min： 0.0
max：0.2
Do Select ボタンを押下
Invert を押下して確認後、再度 Invert

体積率 0.2 以下

反転表示

VOI Selection ダイアログのInvert ボタンで表示切替
・体積率 0.2 以下の Voxel に 0.0 を設定
メインメニュー：VOI­Set Volume Rate

・指定値以上の体積率の Voxel を表示
Mode ●Replace■Volume Rate のチェックボックスを On
値を設定 min： 0.8
max：1.0
Do Select ボタンを押下・選択表示した Voxel に体積率 1.0 を設定[参考]
VIO Selection Dialog で Volume Rate を
min： 0.8

max：0.999を指定して選択表示した場合は右図の通りです。

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・修正した SVX ファイルを保存後、終了
メインメニュー：File­Save As...
任意のファイル名で保存（ここでは以下の通りとします）。
m1_mod.svx
メインメニュー：File­Quit
修正した SVX データを V-Xgen に読み込むかどうかの確認ダイアログが表示されます。
ここでは、いいえ(N)を押下します。

他の SVX に対しても同様に体積率の修正を行います。
対象 SVX と保存ファイル名
対象 SVX：m2.svx
修正後の保存ファイル名：m2_mod.svx
対象 SVX：m3.svx
修正後の保存ファイル名：m3_mod.svx
実施作業(V-Xpp を使用)
体積率 0.2 以下の Voxel を選択表示して、 体積率 0.0 を設定
体積率 0.8 以上の Voxel を選択表示して、 体積率 1.0 を設定

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3.3.2. 外部領域用 SVX の作成（V-Xgen）
V-Xgen を使って、外部領域(m4)の元となる SVX データを作成します。空の Voxel 領域を作成してから、V-Xpp で体積率 1.0 を設定します。

(1) 空の SVX の作成
メインメニュー：Voxelization­Simple Voxel(SV)...
SV タブの設定が以下の通りになっていることを確認します。

ここで、Create Empty Voxel ボタンを押下して、以下の設定で体積率のみの SVX
ファイルを保存します。
ファイル名：m4.svx(任意)Select export data type ダイアログ■ Volume Rate のみ選択
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(2) 全領域に体積率 1.0 を設定(V-Xpp)
V-Xpp を使用して、全領域に体積率 1.0 を設定します。
・オブジェクトリツリーで、m4.svx を選択し、Edit(Vxpp)ボタンを押下

Volume Data Type ダイアログで、Volume Rate のみが選択されていることを確認して OK ボタンを押します。

VOI Selection ダイアログを起動して、全 Voxel を選択して、体積率を設定します。
メインメニュー：VOI­Select VOIVOI Selection ダイアログで All ボタンを押下します。
全 Voxel が選択さているのを確認して、体積率 1.0 を設定します。
メインメニュー：VOI­Set Volume Rate...
修正したデータ保存します。
メインメニュー：File­Save As...
ファイル名：m4_mod.svx[この段階のファイル]
ファイル名：
tut01_03_before_merge\tut01_03_before_merge.xml(RICS-pre 用)
使用データ：(tut01_03_before_merge フォルダ配下)
m1_mod.svx、m2_mod.svx、m3_mod.svx、m4_mod.svx
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3.3.3. ボリューム演算（RICS-pre RICS merge）
RICS-pre システムを使って、各媒質が重ならないようにボリューム演算を行います。
外側の媒質から内側の媒質を取り除くボリューム演算を順番に行っていきます。
外部領域の作成：m4_mod.svx から m3_mod.svx を取り除く

細胞質領域の作成：m3_mod.svx から m2_mod.svx と m1_mod.svx を取り除く(1) SVX の読み込み(m1_mod.svx、m2_mod.svx、m3_mod.svx、m4_mod.svx)
・SVX ファイルの読み込み
m1_mod.svx、m2_mod.svx､m3_mod.svx の 3 ファイルを選択して読み込みます。
メインメニュー：File­Import­Volume(svx/sbx/ovx) data files...

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・各 SVX の色、表示の閾値の変更
オブジェクトリツリーで m1_mod を選択して、shape props ボタンを押下します。

shape prop ダイアログで表示の設定を変更します。
Volume rate threshold : 0.1
edit color：青Opacity：0.9

m2_mod、m3_mod についても同様に変更します。
m2_mod を選択して shape props ボタンを押下して以下を設定
Volume rate threshold : 0.1
edit color：緑
Opacity：0.9
m3_mod を選択して shape props ボタンを押下して以下を設定
Volume rate threshold : 0.1
edit color：ピンク
Opacity：0.2
m4_mod を選択して shape props ボタンを押下して以下を設定
Volume rate threshold : 0.1
Opacity：0.1

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下図は m4 を除く SVX を選択して表示

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(2) 外部領域(m4)から内側の媒質(m3)部分を除く（RICS merge）
オブジェクトリツリーで m4_mod を選択して、RICS merge ボタンを押下します。

volume merge ダイアログで、以下の通り選択、および設定を行い、Apply ボタン
を押下します。
Source Volume
m3_mod を選択
Merge Option●Merge by subtraction を選択
Exceed Option●The part exceeding 0% to 100% is out
元のデータ m4_mod.svx のバックアップするためのファイル名を入力して OK を押下します。
ここでは、m4_mod_backup.svx と入力します。

作成した外部領域

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(3) 内側の媒質(m3)からオルガネラ部分(m1,m2)を除く（RICS merge）
同様にオブジェクトリツリーで m3_mod を選択して、RICS merge ボタンを押下して、Volume Merge ダイアログを表示します。
以下の通り選択、および設定を行い、Apply ボタン
を押下します。
Source Volume
m1_mod、m2_mod を選択
Merge Option●Merge by subtraction を選択
Exceed Option●The part exceeding 0% to 100% is out
m3_mod.svx のバックアップするためのファイル名を入力して OK を押下します。
ここでは、m3_mod_backup.svx と入力します。

作成した内側の媒質[この段階のファイル]
ファイル名：tut01_04_after_merge.xml(RICS-pre 用)
使用データ：
m1_mod.svx、m2_mod.svx、m3_mod.svx、m4_mod.svx

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3.3.4. 開口率設定 SVX の作成（RICS-pre Export SPH､Import SPH）
体積率から開口率を算出して、シミュレーション用の SVX を作成します。
(1) 体積率の出力（Export SPH）
メインメニュー：File­Export­SVX To SPH Volume data files ...

全ファイルを選択して、体積率(Volume Rate)のみの SPH ファイルを出力します。
File Name 欄で全ファイルを選択。
Choice Output Data で●Volume Rateが選択されていることを確認して、Output SPH ボタンを押下します。
元のファイル名に”VolumeRate”を付加したファイ
ル名で SPH ファイルが出力されます。今回の場合は以下のファイルになります。
m1_modVolumeRate.sph
m2_modVolumeRate.sph
m3_modVolumeRate.sph
m4_modVolumeRate.sph(2) 開口率設定 SVX の作成（SPH 読み込み）
前項で出力したファイル(m?_mode*VolumeRate.sph)を読み込みます。
メインメニュー：File­Import­SPH Volume(sph)data files...

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拡張子を SVX にしたファイル名で媒質用ファイル(体積率、開口率レコード)が作成されます。開口率は体積率から算出した開口率が設定されます。ここでは、以下のよ
うにファイル名に VolumeRate が付与されてファイルが出力されます。
m1_modVolumeRate.svx
m2_modVolumeRate.svx
m3_modVolumeRate.svx
m4_modVolumeRate.svx(3) シミュレーション用形状データのコピー
作業性を良くするため、別フォルダに上記データをコピーし名前を変更します。
元のファイル名と修正後ファイル名
m1_modVolumeRate.svx → m1_ball.svx
m2_modVolumeRate.svx → m2_cube.svx
m3_modVolumeRate.svx → m3_cell.svx
m4_modVolumeRate.svx → m4_out.svx

コピー先フォルダ：01_1Cell_1model2[この段階のファイル](フォルダ：01_1Cell_1model2)
ファイル名：tut01_05_svx.xml(RICS-pre 用)
使用データ：
m1_ball.svx、m2_cube.svx、m3_cell.svx、m4_out.svx

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3.3.5. 位置指定ファイルの作成（RICS-pre VolumeMaker、VOI 抽出）
各種パラメータの空間での局在、位置情報を取得作成する方法をしめします。
(1) チャネル局在設定用データ作成（RICS-pre Volume Maker）
膜輸送機能のチャネル密度の設定を SPH ファイルにより行うことが可能です。
RICS の Volume Maker を使って作成します。Volume Maker を起動します。
メインメニュー：RICS­Make Volume...

円筒形状で密度 1000 を設定します。

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・Primitive タブで 円筒(Cylinder)を選択し、以下の値を設定します。
Center Pos X：22.0
Ｙ：8.0
Ｚ：4.0
配置形状の中心●Make Cylinder(円筒形状)
Height：4.0
Radius：2.0
Direction：X
半径(Radius)と高さ(Height)、軸の向き(Direction)を設定
Volume Space Size(計算領域の寸法)
Ｘ：24.0
Ｙ：16.0Ｚ：14.0Volume Space Division(Voxel 数)
Ｘ：24
Ｙ：16
Ｚ：14

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・Filter タブで密度を設定します。
以下の数値を設定します●Choice Linear
Min Vaule 1000.0 MaxValue：1000.0

・VolumeMaker 設定ファイルの保存
位置確認後や異なる位置に配置する等、次回の入力の手間を減らすため、設定ファ
イルを保存しておきます。
メインメニュー：File­Save Parameter XML
ファイル名：tut01_06_MakeVol_channel.xml(任意)※次回、メニューから読み込むと設定した値が反映されます。
メインメニュー：File­Open Parameter XML

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・SPH ファイル出力 & Rics-pre 読み込み
SPH ファイルの出力と同時に RICS-pre に読み込んで位置を確認します。
Output and Import SPH File to Exit ボタンを押下し、出力ファイル名を以下の通り指定します。
出力ファイル名：Channel1000.sph
RICS-pre で SPH ファイルを読み込む時、SVX に自動変換します。その時、入力する SPH の Voxel に 0～1.0 の範囲を超える値が入っている場合に、どのように処理するか、確認するダイアログが表示されます。位置の確認のためだけに読み込むので、ここでは Cut を指定して OK を押下します。

注）Volume Maker では各 Voxel について指定した基本形状(Primitive)が占める割合(体積率)を計算します。その後、Filter タブの Method of Filter で指定した値を係数としてかけた値を出力します。そのため、形状の境界付近の Volxel の値は指定した値とは異なる場合があります。すべての Voxel に同じ値を指定したい場合は、
V-Xpp を使用して対象とする Voxel の体積率を 1.0 に修正し、RICS-pre の SPH
出力機能（メインメニュー：File­Export­SVX To SPH Voume data files...）を使用して、ファイル出力時の設定で Magnification coefficient に係数を指定して出37
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力することで可能です。
[この段階のファイル]
ファイル名：tut01_07_with_channel.xml(RICS-pre 用)
使用データ：
m1_ball.svx、m2_cube.svx、m3_cell.svx、m4_out.svx
Channel1000.svx(2) 膜反応局在設定用 SPH データ作成（RICS-pre VOI 抽出、SPH 出力機能）
m1 と m3 の媒質の間に膜反応の局在を設定します。

膜反応の局在を指定するために、RICS-pre の VOI 抽出機能を用いて、目的の場所のVoxel を選択し SPH 出力します。
・VOI Selection ダイアログの起動
オブジェクトツリーで対象となる SVX(m1_ball、m2_cell)を選択します。Ctrl キー
を押しながら m1_ball、m3_cell をクリックします。その後、メインメニュー：RICS­[VOI] Selectionをクリックします。

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・VOI Selection ダイアログで膜 Voxel を選択
以下の通り設定して、Do Select ボタンを押下します。
Mode の選択●Replace
膜 Voxel のチェックボックスを On にし、対象の媒質をリストから選択■Membrane voxel
m1_ballm3_cell

VOI 表示(左：媒質同時選択、右：媒質選択解除)

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・ドラッグで対象 Voxel を選択して絞込み
VOI Selection ダイアログの設定は以下の通りにします。
Mode ●Replace
画面を真下(-Z)から表示後、画面で、Shift ＋ Ctrl を押しながらドラッグで選択します。

・選択した Voxel を出力
出力ファイル名を指定して、対象 Voxel に数値を指定して出力します。
メインメニュー：RICS­[VOI] Export SPH...
出力ファイル名：MembReact.sph
VOI Export ダイアログの指定値
Positive voxel ： 1.0
Negative voxel ： 0.040
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確認のためファイルを読み込み、shape props ボタンで色を赤に変更します。

[この段階のファイル](フォルダ：01_1Cell_1model2)
ファイル名：tut01_08_MembReact.xml(RICS-pre 用)
使用データ：
m1_ball.svx、m2_cube.svx、m3_cell.svx、m4_out.svx
Channel1000.svx、MembReact.sph

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3.3.6. ワープ出入口の Voxel Index の情報出力（RICS-pre VOI 情報表示）
m2 の上部の m4 の領域にワープの出口を設定します。ここでは、RICS-pre の VOIの Information 表示機能を使って Index 表示をします。まず、外部領域の出口（下図の矢印部分）の Index 情報を取得します。

(1) 選択準備
外部領域を選択するため、オブジェクトツリーで m4_out を選択します。他媒質との位置の確認をするために、m1_ball、m2_cube も Ctrl キーを押しながら選択する
ことで、３媒質を同時に表示後、VOI Selection ダイアログを起動します。
表示を側面(-Y)表示にします。

メインメニュー：RICS­[VOI] Selection
Mode：●Replace[参考]
VOI Selection ダイアログの Mode について
Ctrl＋Shift キーを押しながら画面で Voxel
選択した場合、VOI Selection ダイアログのMode の設定にしたがって動作します。
現在の表示に対して置き換える場合は Replace
追加する場合は Add取り除く場合は Subtract
重なる部分を選択する場合は Interact
を選択して行います。

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(2) 対象部分の選択、絞込み
図のように Ctrl＋Shift キーを押しながらドラッグします。

オブジェクトツリーの媒質選択をやめて(Root を選択)し、図のように Ctrl＋Shift キーを押しながらドラッグします。

上面表示(+Z)に変更して、図のように Ctrl＋Shift キーを押しながらドラッグします。

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VOI 選択表示した状態（オブジェクトツリーで、m1_ball、m2_cube を選択）

(3) VOI 選択部分の一時保存(参考)後で確認、修正のため VOI 選択部分を一時的に保存しておきます。
メインメニュー：RICS­[VOI] Register
ここでは、WarpOut と入力して Register ボ
タンを押下して、Registered VOI にリストを追加します。restore で登録したリストから
VOI 選択への復帰が可能です。export で VOIを sbx 形式で保存、import で出力したファイルを読み込むことができます。
(4) VOI 選択部分の情報の表示、保存
選択 Volxel の情報を表示します。
メインメニュー：RICS­[VOI] Information
VOI Information ダイアログが表示されるので、情報を選択してコピーします。

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number of selected voxel : 4
display No. from 1 to 4
Index
Center( 5, 7, 12)(5.500000, 7.500000, 12.500000)( 6, 7, 12)(6.500000, 7.500000, 12.500000)( 5, 8, 12)(5.500000, 8.500000, 12.500000)( 6, 8, 12)(6.500000, 8.500000, 12.500000)(5) 入口部分の Index 情報の取得
同様に、m2 の体積率 1.0 の部分の情報を表示します。
オブジェクトツリーで m2_mod を選択し、shape props ボタンを押下し、Volume rate threshold に 1.0 を設定します。
表示された Voxel を Ctrl+Shift キーを押しながらドラッグして Voxel を選択し、Information で Index の確認、および SPH ファイル出力をします。
number of selected voxel : 8
display No. from 1 to 8
Index
Center( 5, 7,8) (5.500000, 7.500000, 8.500000)( 6, 7,8) (6.500000, 7.500000, 8.500000)( 5, 8,8) (5.500000, 8.500000, 8.500000)( 6, 8,8) (6.500000, 8.500000, 8.500000)( 5, 7,9) (5.500000, 7.500000, 9.500000)( 6, 7,9) (6.500000, 7.500000, 9.500000)( 5, 8,9) (5.500000, 8.500000, 9.500000)( 6, 8,9) (6.500000, 8.500000, 9.500000)
出力ファイル名：WarpSource.sph

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3.3.7. Probe 位置の情報取得（V-Xpp）
Probe 位置の座標値を取得する方法として、V-Xpp を使用した方法を説明します。
RICS-pre のオブジェクトリツリーで m3_cell を選択後、edit(V-Xpp)ボタンを押して
V-Xpp を起動後、VOI Selection ダイアログを起動します。
メインメニュー：VOI­Select VOI(1) 媒質が 0.0 以外を表示
VOI Selection ダイアログを以下の設定にして、Do Select ボタンを押下します。
Mode ●Replace■Volume Rate

min：0.0

max：0.0

Invert ボタンを押下します。

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(2) 断面表示
表示している媒質の Y-側を選択表示します。
VOI Selection ダイアログを以下の設定にして、Do Select ボタンを押下します。
Mode●Intersect■Index range
X：０
２３

Y：０

Z：０

7

13

※Index range 以外のチェックボックスが On になっていなことを確認します。

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(3) Probe を設定する Voxel を選択して情報表示
メインメニュー：Voxel Pick Anchor...

チャネルの設定位置、膜反応の設定位置、m2_cube の下付近を適宜選択して Voxelの情報(Index、座標値)をコピー＆ペーストで取得します。

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チャネル設定位置
Index: IJK = [22, 7, 6]
Cell coord:
X = (22.000000 : 23.000000)
Y = (7.000000 : 8.000000)
Z = (4.000000 : 5.000000)
膜反応設定位置
Index: IJK = [11, 7, 6]
Cell coord:
X = (11.000000 : 12.000000)
Y = (7.000000 : 8.000000)
Z = (6.000000 : 7.000000)
m2_cube 下(膜 Voxel 部分)
Index: IJK = [6, 7, 7]
Cell coord:
X = (6.000000 : 7.000000)
Y = (7.000000 : 8.000000)
Z = (7.000000 : 8.000000)
外部領域(m2_cube)
Index: IJK = [6, 7, 12]
Cell coord:
X = (6.000000 : 7.000000)
Y = (7.000000 : 8.000000)
Z = (12.000000 : 13.000000)

49
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3.3.8. 形状データのコピー（Setting 部でのデータ設定準備）
作成した形状データ、局在設定データを一つにまとめます。ここでは下記の構成の in/フォルダにコピーします。

01_1Cell_2sim/

条件設定ファイル等
in/

SVX、SPH 等の分布・局在ファイル

eml/

eml ファイル

m2_cube.svx、

m3_cell.svx、媒質ファイルm1_ball.svx、

m4_out.svx

チャネルの局在（チャネル密度）
Channel1000.sph
膜反応の局在（Pi の局在）
MembReact.sph
ワープ入口
WarpSource.sph

3.4. 解析条件設定
作成した SVX データ、SPH データ､座標 Index を元に解析条件の設定を行います。
Setting 部の起動には２種類の起動方法があります。
・Windows のメニュー、Simulation Setting で起動
・RICS-pre メインメニュー：RICS­Simulation Setting

3.4.1. EML の登録（メインメニュー：File­EML Setting）
使用する EML を設定します。
Add ボタンで使用する EML を追加します。
EML ファイル名：./eml/A_B_for_1Cell_1Gnoe.eml

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3.4.2. モデル規模、シミュレーション条件の設定（Domain Info タブ）
以下の通り設定します。
VoxelOrigin(原点の設定) X： 0.0

Y： 0.0Z：0.0

VoxelSize(Voxel 数)

Y： 16

Z：14

X：24

VoxelWidth(計算領域全体の長さ)/Pitch(1Voxel の長さ)
●Use VoxelPitch(1Voxel の長さの設定を選択して)
X：1.0

Y： 1.0

Z：1.0

Length Unit（長さの単位の設定）
Use Length Unit

Unit：1.0e-6

Time Unit（時間の単位の設定）
Use Time Unit

Unit：1.0

StartCondition(初期計算からかリスタートかの選択)
Condition：Initialdt(時間ステップ)●Use dt

dt：1.0e-5Time Integration(時間発展手法の選択)●EulerCalculationSteps(計算する Step 数)
Step：1000

3.4.3. 媒質・物質指定（Cell & Molecular タブ）
各媒質の物質について下記の通りパラメータを指定します。
物質のパラメータ（初期濃度、拡散係数）（再掲：最終値は

物
質
初
期
濃
度

物質拡散係数

2.0e+40.0

2.0e+4

物質名(Full ID)

A

E1

B

媒質名＼物質名X

E1

m1_ball—m2_cubem3_cell

3.2 計算モデルを参照）

2.0e+40.0

2.0e+4

ATP

ADP

Pi

Y

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

0.0

0.0

100.0

0.0

0.0

0.0

1.0e+3

—

—

—

—

0.0

m4_out1.0e+3※物質名(FullID)は EML の物質名

51
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(1) 媒質設定（Cell）
Eml Dir(EML を保存するディレクトリのパス)：./eml を入力。
Add ボタンで媒質を追加し、必要に応じて EML の設定を行います。
今回、膜反応を設定するだけなので、ここでは EML を設定せず、４つの媒質名を登録します。
m1_ball、m2_cube、m3_cell、m4_out(2) 物質設定（Molecular）
物質名を設定します。
Add ボタンで物質名を設定し、代謝で使用する物質については FullID を設定し、必要に応じて物質の拡散係数を設定します。

設定後画面
・物質設定ダイアログの起動
Add ボタンでダイアログを起動して物質を設定します。
・物質名、FullID の設定
MolecularEntry タブで以下を設定します。
Name(物質名)：X■Use Full ID(EML 物質名)
52
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Variable：/:A※リスト(/、A)から選択■Use Diffusion Coefficient ：1.0・各媒質毎の初期値設定(均一の濃度の場合)
Initial タブで各媒質の均一な初期濃度を設定します。

同様に全物質を設定します。

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3.4.4. 入出力ファイル指定（In & Out タブ）(1) 入力データ（InputData）
媒質形状データの設定、物質の初期濃度等、空間に分布を持たせる場合に設定します。

・媒質データの設定
Medium Add ボタンで Add InputMediumData ダイアログを起動します。
作成済みの各媒質データを設定します。
媒質名を Attribute のリストから、対応するファイルを Fname のリストから選択
して、OK ボタンを押します。

他の媒質についても同様に作業して、以下のリストの通り設定します。
Attribute

Fname

m1_ballm1_ball.svx

m2_cubem2_cube.svx

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m3_cellm3_cell.svx

m4_outm4_out.svx

・物質初期濃度の設定
膜反応について Pi の初期濃度を設定することで膜反応の局在を設定します。
Molecular Add ボタンで Add InputData ダイアログを起動します。
Attribute、Fname に以下の通り設定します。
m3_cell： E1

Fname：MembReact.sph(2) 出力データ（OutputData）
計算結果の出力に関する設定をします。

・出力基本情報の設定■Use OutputData

ファイル出力を行う場合にチェックします。

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OutDir(バイナリデータ出力ディレクトリの指定)：./out
monitor interval(標準出力への出力 Step 間隔の指定)：10
・バイナリデータ(SPH)出力の設定(OutputFile リストの作成)
物質濃度分布等のバイナリ出力のための設定をします。
Add ボタンで Add OutputData ダイアログを起動します。
Attribute ：媒質名：物質名
BaseName：出力ファイルのベース名
Interval：出力間隔
BaseName とステップ数のファイル名
でバイナリファイル(SPH)が出力されます。
右記 Attribute に m2_cube:Y、Interval：20 を指定した場合、媒質 m2_cube の物質 Y の濃度分布が以下のファイル名で出力されます。
m2Y_0000000000.sph、m2Y_0000000020.sph、m2Y_0000000040.sph、
m2Y_0000000060.sph、m2Y_0000000080.sph、・・・※最終的な出力の有無は、OutputParameter タブで指定します。
ここに出力ファイルのリストを作成することにより、上記以外に解析実行時に下記の処理が行われます。
Checkpoint Interval で指定した間隔毎にリストにあるファイルを出力
上記、m2_cube の設定後、Export CSV でリスト出力し媒質の設定を追加し、Import
CSV で修正したファイルを読み込みます。

Attribute

FormatBaseName

Interval

m1_ball

sph

m1_

10000

m2_cube

sph

m2_

10000

m3_cell

sph

m3_

10000

m4_out

sph

m4_

10000

m2_cube:Y

sph

m2Y_

20

m3_cell:X

sph

m3X_

20

m3_cell:Y

sph

m3Y_

20

m3_cell:E1

sph

m3E1_

20

m3_cell:ATP

sph

m3ATP_

20

m3_cell:ADP sph

m3ADP_

20

m3_cell:Pi

sph

m3Pi_

20

m4_out:X

sph

m4X_

20

m4_out:Y

sph

m4Y_

20

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3.4.5. 並列化条件の設定（Parallel Computing タブ）
MPI 並列時の並列条件を設定します。
ここでは領域分割で、3x2x2 のプロセスで分割を指定します。
ParallelComputing のリストで JobEntry #1 を選択して、Edit Job ボタンを押下して Edit Job Entry ダイアログを起動します。

Equation に *:* が表示されているのを確認して、Division に以下を設定して OK を押下します。
● Choice IJK
I ：3
J：2
K：2

3.4.6. フ ァ イ ル 出 力 パ ラ メ ー タ の 設 定（Output Parameter タブ）(1) 出力チェック（Output Material）
バイナリファイルとして可視化したいファイルにチェックを入れます。
ここでは Output Material の以下にチェックをします。
m2_cube:Y
m3_cell:X
m3_cell:Y
m3_cell:ATP
m4_out:X
m4_out:Y
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(2) 数値観測点設定（Probe）
空間上の指定点で物質濃度を CSV 形式で出力するための設定を行います。
Add Probe ボタンで点を入力するための行を追加し、その行を選択して、Edit Probe
ボタンを押下します。

Edit Prob ダイアログで以下を設定します。
ProbePoint(出力する点の座標値)
Output Probe File(出力ファイル名)Interval(出力間隔)
OutputMaterial(出力物質)※出力物質はリストから選択

今回、以下の通り設定します（Interval(出力間隔)は全て 1 とします）。
ProbePoint(座標値)

Output Probe FIle

Output Material

X

Y

Z

出力ファイル名

出力物質名

22.5

7.5

4.5

probeChan.csv

m4_out:X, m3_cell:X,

11.5

7.5

6.5

probeReact.csv

m3_cell:X, m3_cell:ATP

6.5

7.5

7.5

probeCube.csv

m3_cell:ATP, m3_cell:ADP,
m2_cube:Y

6.5

7.5

12.5

probeOut.csv

m4_cell:Y

3.4.7. 各機能の実行制御パラメータの設定（SimSetting タブ）
反応、拡散、膜輸送の各ソルバを実行する/しないの設定を行います。
ここでは以下の通り設定します。

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reaction(metabolism) 反応(代謝)機能の設定■execution(代謝の実行)
Diffusion 拡散機能の設定■diffusion(拡散の実行)●Diffusion Type 26way(拡散手法斜め位置考慮)○Diffusion Type Basic(直行 6 方向)
Warp ワープ機能の設定■Output Warp Tag (Warp の実行)

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3.4.8. 膜輸送機能の設定（Membrane タブ）
膜輸送機能のパラメータの設定を行います。

(1) チャネルの設定
Add ボタンを押下して、Edit Membrane ダイアログを起動します。
媒質 m4_out(外部)と m3_cell の間にチャネルを設定します。
Medium1(媒質)：m3_cell

Medium2(媒質)：m4_out

Substance(輸送物質名)：X
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Carrying function(膜輸送機能の種類)：Channel
Name 輸送パラメータ
K：0.5

SW：1.0

Fuzzy：1.0

OK ボタンを押下してチャネルの設定を終了します。
(2) ポンプの設定
Membrane タブの Add ボタンを押下して、Edit Membrane ダイアログを起動します。通常の輸送パラメータの他に SW の値を動的に変更する SwCtrl 機能を使用します。媒質 m4_out(外部)と m3_cell の間にチャネルを設定します。
・輸送パラメータの設定
Medium1(媒質)：m3_cell

Medium2(媒質)：m2_out

Substance(輸送物質名)：Y
Carrying function(膜輸送機能の種類)：Pump
Name 輸送パラメータ
SW：0.0

Den：1.0

VmaxATP：20.0

Fuzzy：1.0

KmATP：2.0

TRATP：1.0

・SwCtrl の設定
Joint Method：sum(複数式を記述した時の式同士の計算方法)
Add で式を入力
Control Function：michaelis
Vmax：1.0
Km：1.0
S：m3_cell:ATP(制御物質として使用する物質 媒質名:物質名)61
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3.4.9. 膜反応の設定（Membrane Reaction タブ）
膜反応の EML、パラメータを設定します。
Membrane Reaction タブ以下を設定します。
■execution のチェックを On

Add ボタンを押下して、Membrane Reaction Edit ダイアログを起動します。
Membrane Reaction Name：MembReact
EML Setting：A_B_20090917_2.eml
Parameter■Membrane Reaction Height ： 1.0
Reacting Side Cell：m3_cell

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3.4.10. ワープの設定
ワープはテキストエディター等を使って XML を作成、挿入します。
ここまで設定した解析条件のファイルを保存します。
メインメニュー：File­Save Simulation Setting File
保存するファイル名を指定して保存します。
出力ファイル名：run_cell1.xml
テキストエディターでファイルを開いて、以下の Warp の設定を挿入します。
ワープ元：m2_cube(Warp の制御する位置場所も同じ)
SPH 指定(移動元、移動制御の判定を行う位置の指定)
File 名：WarpSource.sph
ワープ先：m4_cell の下記 Index(5,7,12)、(6,7,12)､(5,8,12)、(6,8,12)
ワープ物質(制御(Trigger)物質)：m2_cube:Y
物質をワープするタイミング
指定した Voxel の物質 m2_cube:Y の最小値が閾値：0.5 以上になった時
上記の条件を設定した XML ファイル
<InputData basedir="./in">～</InputData>の間に追加<InFile attr="WARP:src_pos" format="sph" fname="WarpSource.sph" multi="no" /><Elem name="sim_setting">～</Elem>の間に追加<Elem name="warp"><Param name="execution" dtype="STRING" value="true"</Elem>/>63
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<Elem name="sim_setting">～</Elem>の後ろ (<Parameter>～</Parameter>の間)に追加<Elem name="warp_setting"><Elem name="WarpGroup" id="1" comment="Warp Cube2Out"><Param name="type" dtype="STRING" value="Direct"/><Elem name="TempArea" id="1"><Param name="TempAreaVolume" dtype="REAL" value="1.0"/></Elem><Elem name="WarpInfo" id="1"><Elem name="SourceInfo"><Param name="equation" dtype="STRING" value="m2_cube:Y"/><Param name="ValueType" dtype="STRING" value="fixed"/><Param name="WarpDensity" dtype="REAL" value="0.9"/><Param name="ValueDefinition" dtype="STRING" value="DensityRatio"/><Elem name="position"><Elem name="SPH"><Param name="attr" dtype="STRING" value="WARP:src_pos"/></Elem></Elem></Elem> !SourceInfo<Elem name="SourceTrigger"><Param name="equation" dtype="STRING" value="m2_cube:Y"/><Param name="OpeType" dtype="STRING" value="min"/><Param name="CompType" dtype="STRING" value="GreaterEqual"/><Param name="ValueType" dtype="STRING" value="fixed"/><Param name="threshold" dtype="REAL" value="0.5"/><Elem name="position"><Elem name="SPH"><Param name="attr" dtype="STRING" value="WARP:src_pos"/></Elem></Elem></Elem> !SourceTriger<Elem name="DistinationInfo"><Param name="equation" dtype="STRING" value="m4_out:Y"/><Param name="ValueType" dtype="STRING" value="fixed"/><Elem name="position"><Elem name="index"><Param name="I" dtype="INT" value="5"/><Param name="J" dtype="INT" value="7"/><Param name="K" dtype="INT" value="12"/><Param name="I" dtype="INT" value="6"/><Param name="J" dtype="INT" value="7"/><Param name="K" dtype="INT" value="12"/><Param name="I" dtype="INT" value="5"/><Param name="J" dtype="INT" value="8"/><Param name="K" dtype="INT" value="12"/><Param name="I" dtype="INT" value="6"/><Param name="J" dtype="INT" value="8"/><Param name="K" dtype="INT" value="12"/></Elem></Elem></Elem> !DistInfo</Elem> !WarpInfo</Elem> !WarpGroup</Elem> !WarpSetting

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3.5. 解析の実行作成した XML を指定してジョブを実行します。
ディレクトリ構成と各ディレクトリのファイルは以下のようになります。
01_1Cell_2sim/

条件設定ファイル等（実行ディレクトリ）
run_cell1.xml

eml/

eml ファイル

A_B_for_1cell_1Gnoe.eml

in/ SVX、SPH 等の分布・局在ファイル
Channel1000.sph
m1_ball.svx
m2_cube.svx
m3_cell.svx
m4_out.svx
MembReact.sph
WarpSource.sph

実行はコマンドプロンプトより実行します。
解析条件ファイルのあるディレクトリに移動し、以下のコマンドを実行します。
Prompt> rcellsim run.xml
また、並列処理で解析を行う場合は、以下のコマンドを実行します。
Prompt> mpirun –np 64 rcellsim run.xml
解析条件に誤りが無ければ、指定したディレクトリ（./out）に、解析結果が出力されます。

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以下は元の SVX モデルを RICS-pre で可視化した物

モデルデータ(RICS-pre)
上図とほぼ同じ視点から、シミュレーション結果を可視化(V-Isio)しました。
m4_out:Y の濃度

m3_cell:ATP の濃度

m2_cube:Y の濃度

m3_cell:X の濃度

断面濃度(Step500)
物質の変化(移動)の流れに沿って、物質の濃度をあらわす断面を順次追加しながら Step
毎の断面濃度を表示した結果を以下に示します。

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断面濃度(M3_cell:X) Step.100

断面濃度(M2_cube:Y)追加 Step.100

断面濃度 Step.300

断面濃度(M3_cell:ATP 追加) Step 100

断面濃度 Step 200

断面濃度(M4_out:Y)追加 Step 300

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断面濃度 Step.400

Step 500

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4. 肝細胞モデル
肝細胞モデルでは、RICS の基本機能である拡散・膜輸送の２機能の他、移流拡散機能を使用しています。
RICS-pre は移流拡散に関する設定機能を有していないため、解析条件設定ファイルに追加して記述します。

4.1. 作業フロー
ここでは、ベースとなる楕円球を RICS-pre の VolumeMaker を使って作成後、V-Xpp
で修正して核を作成します。その後、V-Xpp の VOI Selection の機能を使って、細胞質部
分を反転作成、血管部分を作成します。

Start
形状データ作成
楕円球形状作成
RICS-pre VolumeMaker
楕円球の体積率を二値化（核の作成）
V-Xpp
細胞質、血管の作成
V-Xpp
SPH（体積率）の出力
SPH（体積率）の取り込み（開口率の算出→SVX 化）
細胞コピー

解析条件の設定

解析の実行
End

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4.2. 形状データ作成
4.2.1. 楕円球の作成（VolumeMaker）
まずは基本形状の作成から行います。
RICS プリシステムを起動し、VolumeMaker を起動します。
メインメニュー：RICS­[SPH Volume] Make Volume...

VolumeMaker の起動

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VolumeMaker で楕円球を作成します。
以下のように設定し、最後に「Output and Import SPH to Exit」を押下してください。

Center Pos（楕円球の中心）
X：10.0 Y：12.0 Z：1.5

Ellipsoid（楕円球のサイズ）
X：10.0 Y：9.0 Z：100.0

Volume Origin（原点）
X： 0.0 Y： 0.0 Z：0.0
Volume Space Size（計算領域の大きさ）
X：20.0 Y：19.0 Z：3.0
Volume Space Division（ボクセル数）
X：20 Y：19 Z：3

VolumeMaker 設定画面
「Save SPH file」ダイアログが出現します。任意の場所に VolumeMaker で作成した楕円球のデータを保存してください。
ここでは SPH ファイルが出力され、同名の SVX に変換された後、RICS プリシステムに自動的に読み込まれます。

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楕円球の SVX 読み込み後は以下のような画面に移行します。

楕円球読み込み後の画面

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4.2.2. 体積率の修正（V-Xpp の起動）
RICS ソルバにおいて、複雑な連成計算を行った場合、エラーとなる可能性があります。
その原因のひとつとして、作成した媒質データに微小な体積率が存在することが挙げられます。これを防ぐために、ここでは他責率を修正し、二値化（1.0 or 0.0）する方法を紹介します。
RICS プリシステムのメイン画面のオブジェクトリツリーで、VolumeMaker で作成したデータを選択した状態にしてください。（下図、赤色矢印の状態）

ボリュームデータの選択と V-Xpp の起動
この状態で、edit（V-Xpp）を押下します。
すると、V-Xpp が起動します。このとき、以下の画面が現れますので、VolumeRate
のみチェックボックスが ON の状態にして OK を押下します。
ここでは体積率（VolumeRate）のみ読み込んで編集します。開口率（OpenRate）は別途再設定を行いますので、ここでは読み込みません。

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SVX データレコードの選択

4.2.3. 体積率の修正（核部分を作成）
ここでは、核の内側の体積率を 1.0、外側の体積率を 0.0 に設定します。
まず、メインメニュー：VOI の Select VOI を押下してください。（下図の矢印部分）

VOI 抽出機能の起動

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すると、下図のような VOI Selection ダイアログが出現します。

VOI Selection ダイアログ
ここで、以下のように設定し「Do Select」ボタンを押下してください。
●Mode：Replace■Volume Rate

min：0.5

max：1.0

すると下図のように、体積率 0.5 から 1.0 のボクセルを選択した状態になります。

核部分選択状態

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選択したボクセルに体積率 1.0 を設定します。
メインメニュー：VOI の Set Volume Rateを押下してください。（下図の矢印部分）

体積率設定ダイアログの起動
体積率設定ダイアログが起動しますので、1.0 を入力して OK を押下してください。選
択したボクセルに体積率 1.0 が設定されます。
今度は選択状態を反転して、外側に体積率 0.0 を設定します。
そのままの状態でメインメニュー：VOI の Select VOI を押下してください。VOI
Selection ダイアログで「Invert」ボタンを押下します。すると、下図のように現在選択されているボクセルが選択されていない状態になり、現在選択されていないボクセルが選択されている状態になります。その状態で再び、メインメニュー：VOI の Set Volume Rateを押下し、体積率設定ダイアログにて 0.0 を入力し、OK を押下してください。
外側に体積率 0.0 が設定されます。

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核以外の部分を選択状態
設定が済みましたら、メインメニュー：File の Save を押下して設定した内容を保存します。
このまま、細胞質部分、血管部分の形状作成に入りますので V-Xpp は起動したままにしてください。

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4.2.4. 細胞質部分を作成
前項の状態から血管部分を取り除きます。メインメニュー：VOI の Select VOI を押下してください。
VOI Selection ダイアログにおいて、Index 指定で血管部分を選択状態から外します。以下のように設定し「Do Select」ボタンを押下してください。
●Mode：Subtract■Index Range
X：19

X： 0

Y：0

Y：4

Z：2

Z：0

すると、下図のように、細胞質部分を選択した状態になります。

細胞質部分を選択状態選択したボクセルに体積率 1.0 を設定します。
核部分で体積率を設定したときと同様に、メインメニュー：VOI の Set Volume Rate を押下し、1.0 を設定します。
更にそのままの状態でメインメニュー：VOI の Select VOI を押下してください。VOI
Selection ダイアログで「Invert」ボタンを押下し、選択状態を反転した後、メインメニュ
ー：VOI の Set Volume Rate を押下し、0.0 を設定します。

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細胞質以外の部分を選択状態
設定が済みましたら、メインメニュー：File の Save を押下して設定した内容を保存します。

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4.2.5. 血管部分を作成
血管部分を選択します。メインメニュー：VOI の Select VOI を押下してください。
VOI Selection ダイアログにおいて、以下のように設定し「Do Select」ボタンを押下してください。
●Mode：Replace■Index Range
X：19

X： 0

Y：0

Y：4

Z：2

Z：0

すると、下図のように、血管部分を選択した状態になります。

血管部分を選択状態
選択したボクセルに体積率 1.0 を設定します。
核部分で体積率を設定したときと同様に、メインメニュー：VOI の Set Volume Rate を押下し、1.0 を設定します。
更にそのままの状態でメインメニュー：VOI の Select VOI を押下してください。VOI
Selection ダイアログで「Invert」ボタンを押下し、選択状態を反転した後、メインメニュ
ー：VOI の Set Volume Rate を押下し、0.0 を設定します。
設定が済みましたら、メインメニュー：File の Save を押下して設定した内容を保存します。

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4.2.6. SVX 作成直後
SVX 作成直後の RICS プリは以下の図のような状態です。

作成した SVX を読み込んだ状態

4.2.7. 開口率の設定（SPH ファイルの出力）
現状の SVX は体積率しかなく、開口率が設定されていません。体積率から開口率を算出
し、RICS ソルバの入力データを作成します。
まず、SVX を SPH として出力します。下図のように、メインメニュー：File の Exportの SVX to SPH Volume data files を押下し、SVX2SPHDialog を表示してください。

SVX to SPH Volume data files の選択

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SVX2SPHDialog
変換する SVX を選択し、Output Data Type の●Volume Rate を選択し、「Output
SPH」ボタンを押下してください。SPH ファイルが出力されます。

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4.2.8. 開口率の設定（SVX データの作成）出力した SPH ファイルを取り込みます。
メインメニュー：File の Import の SPH Volume(sph) data files を押下してください。

SPH データの取り込み
すると、select Sph Volume data file(s) to import ダイアログが表示されますので、先程出力した SPH ファイルを選択して、「開く(O)」ボタンを押下し、取り込んでください。
SPH データを取り込む際に、自動的に開口率を計算します。それと同時に同名の SVX
ファイルが作成されます。
これで基本となる形状（核、細胞質、血管）は完成となります。

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4.2.9. 細胞のコピー
基本形状（核、細胞質、血管）に加えて、他ソルバ等で計算した速度の SPH（ベクトルデータ）を 1 つの細胞とし、細胞コピー機能を用いて細胞を横一列に並べます。
RICS の外部ツールである CellCopy の第一引数に parameter ファイルを渡して実行します。parameter ファイルには以下のように記述します。

<method>
Map<output_dir>../out/<input_dir>../in/<input_files>
Cytoplasm.svx
Nucleus.svx<same_mat_files>
BloodVessel.svx
vel.sph<map_area>
5,1,1
<map>
:,1,1

細胞コピー機能の parameter ファイル
ここで、output_dir には任意の出力ディレクトリを指定します。input_dir には基本形状（核、細胞質、血管）と速度の SPH の存在するディレクトリを指定します。input_files、
same_mat_files には入力データを記述しますが、ここでは以下のように名前を付けています。
核：

Nucleus.svx

細胞質：

Cytoplasm.svx

血管：

BloodVessel.svx

速度：vel.sph

血管と速度はコピー後も同一ファイルとしたいため、same_mat_files に指定しています。

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作成したパラメータファイルを第一引数として以下のように CellCopy を実行します。
prompt>CellCopy parameter
すると、細胞コピー機能が実行され、出力ディレクトリに以下のようにファイルが生成されます。

細胞コピー後のファイル一覧
出力ファイルを RICS プリシステムに読み込んで可視化した状態を以下に示します。

細胞コピー後の媒質

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4.3. 解析条件設定
解析条件設定のため SimulationSetting を起 動します。以下のいずれかの方法でSimulationSetting を起動してください。
・ Windows のメニュー、Simulation Setting で起動
・ RICS-pre メインメニュー：RICS­Simulation Setting

4.3.1. モデル規模、シミュレーション条件の設定（Domain Info タブ）
以下の通り設定します。
VoxelOrigin(原点の設定) X： 0.0

Y： 0.0Z：0.0

VoxelSize(Voxel 数)

Y： 19

Z：3

X：100

VoxelWidth(計算領域全体の長さ)/Pitch(1Voxel の長さ)
●Use VoxelWidth
X：1.000000e+002 Y：1.900000e+001 Z：3.000000e+000
Length Unit（長さの単位の設定）
Use Length Unit

Unit：1.000000e-006

Time Unit（時間の単位の設定）
Use Time Unit

Unit：1.0

StartCondition(初期計算からかリスタートかの選択)
Condition：Initialdt(時間ステップ)
●Use

dt

dt：1.000000e-004

Time Integration(時間発展手法の選択)●EulerCalculationSteps(計算する Step 数)
Step：10000

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4.3.2. 媒質・物質指定（Cell & Molecular タブ）
各媒質の物質について下記の通りパラメータを指定します。
(1) 媒質設定（Cell）
Add ボタンで媒質を追加します。
M1～M11(2) 物質設定（Molecular）
物質名を設定します。
Add ボタンで物質名を設定します。
・物質設定ダイアログの起動
Add ボタンでダイアログを起動して物質を設定します。
・物質名の設定
MolecularEntry タブで以下を設定します。
Name(物質名)：B■Use Diffusion Coefficient（拡散係数の設定）
Diffusion Coefficient：1.000000e+002
Initial タブで以下を設定します。
媒質 M3 の MolConc（初期濃度）に 1.0 を設定

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4.3.3. 入出力ファイル指定（In & Out タブ）(1) 入力データ（InputData）
媒質形状データを設定します。
詳細は 3.4.4 をご参照ください。
・ 媒質データの設定
Medium Add ボタンで Add InputMediumData ダイアログを起動します。
作成済みの各媒質データを設定します。
媒質名を Attribute のリストから、対応するファイルを Fname のリストから選択して、OK ボタンを押します。
Attribute

Fname

M1

BloodVessel_0.svx

M2

Nucleus_1_1_1.svx

M3

Cytoplasm_1_1_1.svx

M4

Nucleus_2_1_1.svx

M5

Cytoplasm_2_1_1.svx

M6

Nucleus_3_1_1.svx

M7

Cytoplasm_3_1_1.svx

M8

Nucleus_4_1_1.svx

M9

Cytoplasm_4_1_1.svx

M10

Nucleus_5_1_1.svx

M11

Cytoplasm_5_1_1.svx

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(2) 出力データ（OutputData）
計算結果の出力に関する設定をします。
詳細は 3.4.4 をご参照ください。
・出力基本情報の設定■Use OutputData チェックします。
OutDir(バイナリデータ出力ディレクトリの指定)：./out
monitor interval(標準出力への出力 Step 間隔の指定)：50
OutputFile
Attribute

Interval

BaseName

M1

1000000

M1_

M2

1000000

M2_

M3

1000000

M3_

M4

1000000

M4_

M5

1000000

M5_

M6

1000000

M6_

M7

1000000

M7_

M8

1000000

M8_

M9

1000000

M9_

M10

1000000

M10_

M11

1000000

M11_

M1:B

50

M1B_

M3:B

50

M3B_

M5:B

50

M5B_

M7:B

50

M7B_

M9:B

50

M9B_

M11:B

50

M11B_

4.3.4. 並列化条件の設定（Parallel Computing タブ）
詳細は 3.4.5 をご参照ください。
ここでは、以下のように設定します。
Equation：*:*●Choice All
N：889
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4.3.5. ファイル出力パラメータの設定（Output Parameter タブ）
詳細は 3.4.6 をご参照ください。
(1) 出力チェック（Output Material）
バイナリファイルとして可視化したいファイルにチェックを入れます。
ここでは Output Material のすべてにチェックをします。
(2) 数値観測点設定（Probe）
今回は設定しません。

4.3.6. 各機能の実行制御パラメータの設定（SimSetting タブ）
反応、拡散、膜輸送、ワープの各ソルバを実行する/しないの設定を行います。
ここでは以下の通り、拡散のみチェックします。
reaction(metabolism) 反応(代謝)機能の設定□execution(代謝の実行)
Diffusion 拡散機能の設定■diffusion(拡散の実行)●Diffusion Type 26way(斜め位置考慮)○Diffusion Type Basic(直行 6 方向)
Warp ワープ機能の設定□Output Warp Tag (Warp の実行)

90
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4.3.7. 膜輸送機能の設定（Membrane タブ）
膜輸送機能のパラメータの設定を行います。
詳細は 0 をご参照ください。
ここでは、以下のように設定します。
Medium1

Medium2

Substance

Carrying function

M1

M3

B

GapJunction

M1

M11

B

GapJunction

M5

M7

B

GapJunction

M7

M9

B

GapJunction

M9

M11

B

GapJunction

GapJunction の各パラメータは、いずれの膜輸送機能も同様の値で、以下のとおり設定
します。
Name

Value

K

50.0

Ke

0.0

SW

1.0

Den

100.0

Fuzzy

1.0

4.3.8. 解析条件ファイルの保存
ここまで設定した解析条件のファイルを保存します。
メインメニュー：File­Save Simulation Setting File
保存するファイル名を指定して保存します。
出力ファイル名：run.xml

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4.3.9. 移流の設定
パラメータ用の XML テキストエディター等を使って記述します。
テキストエディターで解析条件ファイルを開きます。
① 流れ場媒質の設定
今回、流れ場となる媒質は M1 ですので、以下のように記述してください。
Center Pos（楕円球の中心）
X：10.0 Y：12.0 Z：1.5“velocity”を媒質の Elem の中に定義することで、その媒質を流れ場媒質として扱います。
② 速度の入力ファイルの設定
あらかじめ用意してある速度ベクトルの SPH ファイルを、読み込む設定を記述します。InputData タグ内に以下のように記述してください。
<method>
Map<output_dir>../out/<input_dir>../in/<input_files>
Cytoplasm.svx
Nucleus.svx<same_mat_files>
BloodVessel.svx
vel.sph<map_area>
5,1,1
<map>
:,1,1
InFile タグの attr に”媒質名：Vel”と記述することで、その媒質の速度ファイ
ルとして読み込みます。

4.3.10. 境界条件の設定
パラメータ用の XML テキストエディター等を使って記述します。
テキストエディターで解析条件ファイルを開きます。
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OuterBoundary タグ内に以下のように記述してください。
<Elem name="M1" id="101"><Elem name="velocity"></Elem></Elem>
媒質 M1 の物質 B について、X のプラス側の境界条件に Dirichlet の境界条件で 0.0 を設定しています。これは、流出側の境界条件になります。

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4.4. 解析の実行作成した XML を指定してジョブを実行します。
ディレクトリ構成と各ディレクトリのファイルは以下のようになります。
<InFile"M1 V l"02_hep_2sim<Elem name="FaceBC"><Param name="type" dtype="INT"
value="0"/><Param name="value" dtype="REAL"
value="0.0"/><Param name="face" dtype="STRING"
value="X_PLUS"/><Param name="mat" dtype="STRING"
value="M1"/><Param name="mol" dtype="STRING"
value="B"/></Elem>

実行はコマンドプロンプトより実行します。
解析条件ファイルのあるディレクトリに移動し、以下のコマンドを実行します。
Prompt> rcellsim run.xml
また、並列処理で解析を行う場合は、以下のコマンドを実行します。
Prompt> mpirun –np 8 rcellsim run.xml
解析条件に誤りが無ければ、指定したディレクトリ（./out）に、解析結果が出力されます。

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以下は、Visio による可視化の一例です。

step = 10000

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5. 神経細胞モデル
神経細胞モデルでは、RICS の基本機能である代謝・拡散・膜輸送の機能は使用していません。膜電位の機能を使用しています。

5.1. 作業フロー
in/

SVX、SPH ファイル

解析条件ファイル
run.xml

形状データ作成(CalcMembareaVcat)
デ

タか

Start

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5.2. 形状データ作成
5.2.1. 媒質データ、膜面積データの作成（CalcMembareaVcat）
V-Cat データから媒質データ（SVX）と膜面積データ（SVV）を作成します。
RICS の外部ツールである CalcMembareaVcat の第一引数に入力ファイル（input.dat）
を渡して実行します。入力ファイル（input.dat）には以下のように記述します。

End
膜面積計算プログラムの入力ファイル
ここで、1 行目には変換元となる V-Cat データ、5 行目には出力ディレクトリとベース
名を指定します。前述の input.dat の意味は以下の通りです。
V-Cat データ
： model_384x128x5.vcat
出力ディレクトリ ： out
ベース名： ShinkeiZ5
作成したファイル（input.dat）を第一引数として以下のように CalcMembareaVcat
を実行します。
prompt> CalcMembareaVcat

input.dat

すると、膜面積計算プログラムが実行され、出力ディレクトリに以下のようにファイルが生成されます。
ShinkeiZ50000.svx
ShinkeiZ50001Nueron.svx
ShinkeiZ50000-0001.svv
出力ファイルを RICS プリシステムに読み込んで可視化した状態を以下に示します。

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CalcMembareaVcat で変換した媒質データ（ShinkeiZ50000.svx）

CalcMembareaVcat で変換した媒質データ（ShinkeiZ50001Nueron.svx）
膜面積ファイル（SVV）は RICS プリシステムで読み込むことができません。

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5.3. 解析条件設定
作成した SVX データを元に解析条件の設定を行います。
Setting 部の起動には２種類の起動方法があります。
・Windows のメニュー、Simulation Setting で起動
・RICS-pre メインメニュー：RICS­Simulation Setting

5.3.1. モデル規模、シミュレーション条件の設定（Domain Info タブ）
以下の通り設定します。
VoxelOrigin(原点の設定) X： 0.0
Y： 0.0Z： 0.0
VoxelSize(Voxel 数)
X：384
Y：128
Z： 5
VoxelWidth(計算領域全体の長さ)/Pitch(1Voxel の長さ)
●Use VoxelPitch(1Voxel の長さの設定を選択して)
X：5.000000e-001 Y：5.000000e-001 Z：5.000000e-001
Length Unit（長さの単位の設定）
Use Length Unit
Unit：1.000000e-006
Time Unit（時間の単位の設定）
Use Time Unit
Unit：1.0
StartCondition(初期計算からかリスタートかの選択)
Condition：Initialdt(時間ステップ)●Use dt
dt：5.000000e-003
Time Integration(時間発展手法の選択)●EulerCalculationSteps(計算する Step 数)
Step：100000

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5.3.2. 媒質・物質指定（Cell & Molecular タブ）
各媒質の物質について下記の通りパラメータを指定します。
(1) 媒質設定（Cell）
Add ボタンで媒質を追加します。
ShinkeiZ50000、ShinkeiZ50001Nueron(2) 物質設定（Molecular）
物質名を設定します。
Add ボタンで物質名を設定します。
・物質設定ダイアログの起動
Add ボタンでダイアログを起動して物質を設定します。
・物質名の設定
MolecularEntry タブで以下を設定します。
Name(物質名)：V0

5.3.3. 入出力ファイル指定（In & Out タブ）(1) 入力データ（InputData）
媒質形状データを設定します。
詳細は 3.4.4 をご参照ください。
・ 媒質データの設定
Medium Add ボタンで Add InputMediumData ダイアログを起動します。
作成済みの各媒質データを設定します。
媒質名を Attribute のリストから、対応するファイルを Fname のリストから選択して、OK ボタンを押します。
Attribute

Fname

M1

ShinkeiZ50001Nueron.svx

M2

ShinkeiZ50000.svx(2) 出力データ（OutputData）
計算結果の出力に関する設定をします。
詳細は 3.4.4 をご参照ください。
・出力基本情報の設定
100
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■Use OutputData チェックします。
OutDir(バイナリデータ出力ディレクトリの指定)：./out
monitor interval(標準出力への出力 Step 間隔の指定)：1000
OutputFile
Attribute：M1:V0
BaseName：M1V0_
Interval：250

5.3.4. 並列化条件の設定（Parallel Computing タブ）
詳細は 3.4.5 をご参照ください。
ここでは、以下のように設定します。
Equation：*:*●Choice All
N：64

5.3.5. ファイル出力パラメータの設定（Output Parameter タブ）
詳細は 3.4.6 をご参照ください。
(1) 出力チェック（Output Material）
バイナリファイルとして可視化したいファイルにチェックを入れます。
ここでは Output Material の以下にチェックをします。
M1:V0(2) 数値観測点設定（Probe）
ここでは、以下の通り設定します（Interval(出力間隔)は全て 50 とします）。
ProbePoint(座標値)
X

Output Probe FIle

Output Material

出力ファイル名

出力物質名

Y

Z

23.75

1.75

1.0

probe0.csv

M1:V0

54.25

56.75

1.0

probe1_input.csv

M1:V0

55.25

35.25

1.0

probe2_ent.csv

M1:V0

113.7530.25

1.0probe3_mid.csv

M1:V0

159.7534.75

1.0probe4_exit.csv

M1:V0

187.2537.25

1.0probe5_end.csv

M1:V0

5.3.6. 膜電位の設定（Membrane Potential タブ）
膜電位の設定をします。

101
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Membrane Potential 膜電位機能の設定■execution(膜電位の実行)●Propagation Type 26way(斜め位置考慮)○Propagation Type Basic(直行 6 方向)■Hodgkin-Huxley calc(Hodgkin-Huxley の計算実行)
Hodgkin-Huxley の設定
Add ボタンを押下します。すると、以下のような Membrane Potential Edit ダイアロ
グが表示されます。

102
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Medium(膜の選択)

M1：M2

Parameter■Parameter active(Hodgkin-Huxley パラメータの設定)
Cm
：1.0
gK
：36.0
gNa
：120.0gL：0.3
vK：-12.0vNa：115.0vL：10.613
Diff Coef：10.0
V：0.003564
M：0.053030
N：0.317758
H：0.596441
上記パラメータは以下の Hodgkin-Huxley の式のパラメータになります。

Iapp(Iapp の設定)
Add ボタンを押下すると、以下のような Iapp Edit ダイアログが表示されます。

□Fixed Value(固定値)■Table Value(CSV ファイルの入力)
以下のような時間と電流の CSV ファイルを作成し、読み込みます。
解析条件の設定(RICS-pre)103
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■Index Active(Iapp を与えるインデックスの指定)
0 を参考に Iapp を与える点を膜上に設定します。
Add ボタンを押下し、今回は以下の場所に設定します。
I
J
K
47
3
1
47
3
2
□Coord Active(Iapp を与える座標値の指定)□SPH Active(Iapp を与える場所を SPH により指定)

5.3.7. 解析条件ファイルの保存
ここまで設定した解析条件のファイルを保存します。
メインメニュー：File­Save Simulation Setting File
保存するファイル名を指定して保存します。
出力ファイル名：run.xml

5.3.8. 膜電位物質の設定
パラメータ用の XML テキストエディター等を使って記述します。
テキストエディターで解析条件ファイルを開きます。
膜電位の設定を行うと物質（Molecular）の中に以下の記述が含まれて出力されます。
./model_384x128x5.vcat
0.5 0.5 0.5
384 128 5
384 128 5./out/ShinkeiZ5
この中の物質名”MEMPOTE”を 5.3.2 で設定した物質名”V0”に変更します。
その後、以下の記述を削除します。

104
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0.00E+00,0.000
0.5000E+01,0.000
0.5000E+01,400.000
1.0000E+01,400.000
1.0000E+01,0.000
1.0500E+01,0.000
1.0500E+01,400.000
1.5500E+01,400.000
1.5500E+01,0.000
1.6000E+01,0.000
1.6000E+01,400.000
2.1000E+01,400.000
2.1000E+01,0.000
2.1500E+01,0.000
2.1500E+01,400.000
2.6500E+01,400.000
2.6500E+01,0.000
2.7000E+01,0.000
2.7000E+01,400.000
3.2000E+01,400.000
3.2000E+01,0.000
3.2500E+01,0.000

編集後、物質の設定は以下のようになります。
<Elem name="MEMPOTE" id="104"><Param name="Potential" dtype="STRING" value="true"/></Elem>5.3.9. 膜面積ファイルの設定
パラメータ用の XML テキストエディター等を使って記述します。
テキストエディターで解析条件ファイルを開きます。
5.3.7 で保存した解析条件ファイルの InputData タグは以下のようになっています。
<Elem name="V0" id="103"/>
ここに、膜面積ファイルの読み込みに関する以下の記述を追加します。
<Elem name="molecular"><Elem name="V0" id="104"><Param name="Potential" dtype="STRING" value="true"/></Elem></Elem>こ こ で は 、 媒 質 M1 と 媒 質 M2 の 膜 の 面 積 を 読 み 込 む た め attr には”M1:M2_MembArea”と記述します。
編集後、InputData タグは以下のようになります。

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<InputData basedir="./in"><InFile attr="M1" format="svx" fname="ShinkeiZ50001Nueron.svx" multi="no"/><InFile attr="M2" format="svx" fname="ShinkeiZ50000.svx" multi="no"/></InputData>

106
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5.4. 解析の実行作成した XML を指定してジョブを実行します。
ディレクトリ構成と各ディレクトリのファイルは以下のようになります。

in/

SVX、SVV フ<InputData basedir="./in"><InFileattr="M1"format="svx"fname="ShinkeiZ50001Nueron.svx" multi="no"/><InFileattr="M2"
format="svx"fname="ShinkeiZ50000.svx" multi="no"/><InFileattr="M1:M2_MembArea"
format="svx"fname="ShinkeiZ50000-0001.svv" multi="no"/>

実行はコマンドプロンプトより実行します。
解析条件ファイルのあるディレクトリに移動し、以下のコマンドを実行します。
Prompt> rcellsim run.xml
また、並列処理で解析を行う場合は、以下のコマンドを実行します。
Prompt> mpirun –np 64 rcellsim run.xml
解析条件に誤りが無ければ、指定したディレクトリ（./out）に、解析結果が出力されます。

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以下は、Visio による可視化の一例です。

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